ایمپلنت استیل ، سازگار با بدن انسان

فهرست موضوعات

مقدمه

ایمپلنت نوعی ابزار پزشکی است که برای جایگزینی یک عضو زیستی، حمایت از یک عضو آسیب‌دیده یا تقویت ساختار در بخشی از بدن قرار داده می‌شوند. ایمپلنت‌های ارتوپدی و دندانی از رایج‌ترین انواع ایمپلنت های فلزی هستند که عمدتا از جنس ورق استیل یا تیتانیوم ساخته می شوند.
برای اطمینان از ایمنی و عملکرد ایمپلنت ها، مواد مورد استفاده می بایست زیست سازگار، مقاوم در برابر خوردگی و دارای استحکام مکانیکی کافی باشند که در ادامه مطلب این ویژگی ها شرح داده میشود. متداول ترین آلیاژی که برای ایمپلنت های استخوانی مورد استفاده قرار میگیرد، ورق استیل 316 است که دارای ساختار آستنیتی می باشد و مقاومت خوبی در محیط یونی بدن دارد. همچنین ممکن است سطح ایمپلنت با تیتانیم، کروم و یا آپاتیت پوشش دهی شود تا از ورود عنصر نیکل به بدن در اثر خوردگی جلوگیری شود. از آنجا که این نوع ورق استیل دارای 10-14 درصد نیکل است و ممکن است در طولانی مدت اثرات مخربی روی بدن داشته باشد، در سالهای اخیر مطالعاتی صورت گرفته تا عنصر نیتروژن برای دستیابی به ساختار آستنیتی فولاد، جایگزین نیکل شود. با این وجود، به دلیل پایین تر بودن قیمت ورق استیل 316، این آلیاژ همچنان پرکاربرد ترین فلز برای ساخت ایمپلنت های پزشکی است.  ایمپلنت های نسج نرم از سیلیکون ساخته می‌شوند. بعضی از درون‌کاشت‌ها از مدارهای الکترونیکی تشکیل شده‌اند مثل ضربان‌ساز قلبی و یا ایمپلنت کاشت حلزون.

ایمپلنت‌های فلزی که برای درمان شکستگی استخوان استفاده می‌شوند در بین عامه مردم به «پلاتین» معروف هستند اما همانطور که در بالا اشاره شد در اغلب موارد از ورق استیل 316 ساخته شده و از پلاتین، که فلزی بسیار گران‌بهاست، در آن‌ها استفاده نشده‌است. از آنجا که قیمت ورق استیل 316 در مقایسه با فلزات گرانبهایی همچون تیتانیوم و پلاتین بسیار پایین تر است و همچنین مدول الاستیسیته بالا در کنار خوردگی نسبتاً کمی که از خود نشان می دهند، این آلیاژ کاربرد گسترده ای در ساخت تجهیزات پزشکی پیدا کرده است. 

زیست سازگاری ایمپلنت ها

زیست سازگاری توانایی یک ماده ایمپلنت برای عملکرد در محیط بدن بدون برانگیختن پاسخ های مضر موضعی یا سیستمی در بدن است.  بیوموادهایی که واکنش میزبانی کمی ایجاد می‌کنند یا منجر به پاسخ منفی در بدن نمی شوند به عنوان مواد بی‌اثر در نظر گرفته می شوند. رد شدن بیولوژیکی ایمپلنت منجر به یک پاسخ التهابی با واسطه فعالیت سلول های ایمنی می شود و ممکن است نیاز به برداشتن ایمپلنت باشد. 

مقاومت در برابر خوردگی

خوردگی تخریب اکسیداتیو فلزات است. هنگامی که فلز خورده می شود، خواص مکانیکی آن ضعیف می شود و عملکرد آن به دچار مشکل می شود. شایع ترین نوغ خوردگی در ایمپلنت های ارتوپدی خوردگی گالوانیکی است. خوردگی گالوانیکی یک فرآیند الکتروشیمیایی است و زمانی رخ می دهد که دو فلز در محیط رسانا در تماس الکتریکی با یکدیگر باشند. در این شرایط خوردگی فلزی که مقاومت پایین تری در برابر خوردگی دارد تشدید می شود. این نوع خوردگی اغلب در سطح مشترک بین صفحات و پیچ هایی که آن را روی استخوان محکم می کنند، اتفاق می افتد. خوردگی نه تنها به سطح ایمپلنت های ارتوپدی آسیب می رساند باعث افزایش تنش می شود، بلکه محصولات خوردگی را به ساختارهای مجاور آزاد کرده و در نتیجه به بافت های نرم اطراف آسیب می رساند و روند بهبودی را مختل می کند. 

خواص مکانیکی

طراحی یک دستگاه موثر ثابت کننده شکستگی مستلزم توجه به شکل، خواص مکانیکی و خواص مواد است. خواص مکانیکی ایمپلنت های ارتوپدی به عوامل مختلفی از جمله تنش و کرنش، رفتار همسانگرد و ناهمسانگرد، ویسکوالاستیسیته و مقاومت به سایش بستگی دارد. 
ایمپلنت‌هایی که برای درمان شکستگی‌ها استفاده می‌شوند را می توان بر اساس عملکرد آنها به عنوان سازه های تحمل بار و تقسیم بار طبقه بندی کرد. سازه های باربر مانند صفحات، فشار روی استخوان در حال بهبودی را کاهش می دهند. با گذشت زمان، کاهش فشار روی استخوان در حال ترمیم می تواند منجر به تحلیل موضعی استخوان در مجاورت صفحه (ایمپلنت) و ضعف استخوان شود. بنابراین، ایمپلنت ها در صورت امکان باید به گونه ای طراحی شوند که در طول دوره بهبودی، یک حد معینی فشار روی استخوان قرار گیرد. موضوع تحمل بار و اشتراک بار در ایمپلنت های اورتوپدی یک حوزه فعال تحقیق در شاخه بیو مواد است.

اثرات جانبی ایمپلنت‌های فلزی

وجود طولانی مدت ترکیبی از آلیاژها بر دوام ایمپلنت‌های فلزی در بدن تأثیر داشته و ممکن است عوارض جانبی داشته باشد. ورود ذرات فلزی که در اثر سایش جدا می‌شوند گاهی در ادرار مشاهده می‌شود. با گذشت زمان، امکان دارد ذرات ریزتر وارد خون شوند و به سراسر بدن انتقال یابند. 
در مطالعات متعددی مربوط به استفاده از ایمپلنت‌های فلزی، افزایش سطح Cr  و Co در خون و ادرار گزارش شده است. این دو عنصر از مهم‌ترین یون‌های سمی بالقوه هستند که توسط ایمپلنت‌های ارتوپدی آزاد می‌شوند. عنصر Co می‌تواند بسیاری از اندام‌ها را تحت تأثیر قرار دهد و علائم مختلفی مثل وزوز گوش، سرگیجه، ناشنوایی، کوری و تشنج را باعث شود. کبد و کلیه نیز اولین اعضایی هستند که بر اثر وجود Co دچار اختلال می‌شوند. عنصر Cr اثرات زیان باری برای باروری مردان و در نتیجه کاهش تولید و اختلال در کیفیت اسپرم را سبب می‌شود. وجود ماده سمی دیگری به نام  Al  در ایمپلنت‌ها و ورود آن به جریان خون با شرایط عصبی مانند از دست دادن حافظه، اختلال راه رفتن و حرکت غیر ارادی مرتبط است.